Vesolje | Multiverse | Vzporedna vesolja | Vesoljski čas | Teorija velikega poka

Obstaja velika zbirka znanstvenih dokazov, ki podpirajo sliko širjajočega se vesolja in velikega poka. Celotna masna energija Vesolja se je sprostila v času, ki je trajal manj kot 10 ^ -30 sekund; najbolj energična stvar, kar se je kdaj zgodilo v zgodovini našega vesolja.NASA / GSFC

Od velikega poka je minilo le 13,8 milijarde let, največja hitrost, s katero lahko potujejo kakršne koli informacije - hitrost svetlobe, pa je dokončna. Čeprav je celotno Vesolje resnično neskončno, je opazovano Vesolje omejeno. Glede na vodilne ideje teoretične fizike pa je naše vesolje morda le eno pomanjkljivo območje veliko večjega multiverzuma, znotraj katerega je veliko vesoljev, morda celo neskončno število. Nekaj ​​tega je dejanska znanost, nekaj pa ni nič drugega kot špekulativno, zaželeno razmišljanje. Tukaj je opisano, kaj je to. Najprej malo ozadja.

Vesolje ima danes nekaj dejstev o njem, ki jih je, vsaj z znanstvenimi pripomočki svetovnega razreda, razmeroma enostavno opaziti. Vemo, da se Vesolje širi: lahko merimo lastnosti o galaksijah, ki nas učijo tako o njihovi oddaljenosti kot o tem, kako hitro se zdi, da se odmikajo od nas. Dlje kot so, hitreje se zdi, da se umikajo. V okviru Splošne relativnosti to pomeni, da se Vesolje širi.

In če se Vesolje danes širi, to pomeni, da je bilo v preteklosti manjše in gostejše. Ekstrapolirajte nazaj dovolj daleč in ugotovili boste, da so stvari tudi bolj enakomerne (ker gravitacija potrebuje čas, da se stvari združijo) in bolj vroča (ker manjše valovne dolžine svetlobe pomenijo večje energije / temperature). To nas pripelje nazaj do velikega poka.

Ponazoritev naše kozmične zgodovine, od velikega poka do danes, v kontekstu širitve Vesolja. Prva Friedmannova enačba opisuje vse te epohe, od inflacije do Velikega poka v sedanjost in daleč v prihodnost, povsem natančno, tudi danes.NASA / WMAP SCIENCE TEAM

Toda Big Bang ni bil sam začetek Vesolja! Lahko se le ekstrapoliramo nazaj v določeno epoho, preden se napovedi velikega praska razbijejo. V vesolju opazimo številne stvari, ki jih Veliki prašek ne zna razložiti, vendar nova teorija, ki postavlja Big Bang - kozmična inflacija - lahko.

Kvantna nihanja, ki se pojavijo med inflacijo, se raztezajo po vesolju in ko se inflacija konča, postanejo nihanja gostote. To sčasoma vodi do obsežne strukture v vesolju danes, pa tudi do nihanj temperature, opaženih v CMB.E. SIEGEL, Z SLIKI, IZVEDENIMI IZ ESE / PLANCKA IN NALOGE INTERAGENCIJE DOE / NASA / NSF PRI RAZISKOVANJU CMB

V osemdesetih letih je bilo narejeno veliko teoretičnih posledic inflacije, vključno z:

  • kako naj bi izgledalo seme za obsežno strukturo,
  • da bi morala temperaturna in gostota nihati na lestvicah, večjih od kozmičnega obzorja,
  • da bi morale imeti vsa območja prostora, tudi z nihanji, stalno entropijo,
  • in da bi morala biti dosežena najvišja temperatura, ki jo doseže vroči Big Bang.

V devetdesetih, 2000-ih in 2010-ih so bile te štiri napovedi opazno potrjene z veliko natančnostjo. Kozmična inflacija je zmagovalna.

Napihnjenost povzroči eksponencialno širitev prostora, kar lahko zelo hitro povzroči, da se kateri koli že obstoječi ukrivljen ali gladek prostor zdi raven. Če je vesolje ukrivljeno, ima polmer ukrivljenosti, ki je vsaj stokrat večji od tistega, kar lahko opazimo.E. SIEGEL (L); VODENJE ZA KOZMOLOGIJO NED WRIGHT (R)

Inflacija nam pove, da vesolje pred velikim praskom ni bilo napolnjeno z delci, anti delci in sevanjem. Namesto tega se je napolnila z energijo, ki je lastna vesolju, in ta energija je povzročila, da se prostor širi s hitro, neusmiljeno in eksponentno hitrostjo. V nekem trenutku se inflacija konča in vsa (ali skoraj vsa) ta energija se pretvori v snov in energijo, kar povzroči vroči Big Bang. Konec inflacije in tako imenovano ponovno ogrevanje našega vesolja pomeni začetek vročega velikega poka. Veliki prasak se še vedno dogaja, vendar to ni sam začetek.

Inflacija napoveduje obstoj ogromne količine neopazljivega Vesolja onkraj dela, ki ga lahko opazujemo. Vendar nam daje še več kot to.E. SIEGEL / MED GALAKSI

Če bi bila to celotna zgodba, bi imeli vse izjemno veliko Vesolje. Povsod bi imeli enake lastnosti, povsod enake zakone in deli, ki so bili zunaj našega vidnega obzorja, bi bili podobni tistemu, kjer smo, vendar ga ne bi upravičeno poimenovali multiverzum.

Dokler se ne spomnite, da mora biti vse, kar fizično obstaja, po naravi po naravi kvantno. Tudi inflacija, ob vseh neznanih, ki jih obdajajo, mora biti kvantno polje.

Kvantna narava inflacije pomeni, da se konča v nekaterih

Če nato za inflacijo potrebujete lastnosti, ki jih imajo vsa kvantna polja:

  • da so njihove lastnosti neločljivo povezane z njimi,
  • da je polje opisano z valovno funkcijo,
  • in vrednosti tega polja se lahko sčasoma razširijo,

dosežete presenetljiv zaključek.

Kjer koli se pojavi inflacija (modre kocke), z vsakim korakom v času nastane eksponencialno več območij prostora. Četudi se inflacija konča (rdeči X), je veliko več regij, kjer se bo inflacija nadaljevala tudi v prihodnosti. Dejstvo, da se to nikoli ne konča, je tisto, zaradi česar je inflacija enkrat večna. E. SIEGEL / MED GALAKSI

Napihnjenost se ne konča povsod naenkrat, temveč na izbranih, nepovezanih lokacijah v določenem času, medtem ko se prostor med temi lokacijami še naprej napihuje. Obstajati bi moralo več, ogromnih regij prostora, kjer se konča inflacija in začne se vroč velik prag, vendar se ne morejo nikoli srečati, saj jih ločujejo regije napihnjenega prostora. Ne glede na to, kje se začne inflacija, je gotovo, vendar vsaj na mestih zagotovo ohranjena večnost.

Tam, kjer se nam inflacija konča, dobimo vroč Big Bang. Del vesolja, ki ga opazimo, je le del tega območja, kjer se je končala inflacija, zunaj tega pa je še bolj neopažen vesolje. Obstaja pa nešteto regij, vse ločene med seboj, z isto natančno zgodbo.

Ilustracija več neodvisnih Vesoljev, vzročno ločenih med seboj v vesoljno kozmičnem oceanu, je prikaz multiverzalne ideje. V regiji, kjer se začne Big Bang in se inflacija konča, se bo stopnja širitve znižala, inflacija pa se bo nadaljevala med dvema takšnima regijama in ju za vedno ločevala.

To je ideja multiverzuma. Kot vidite, temelji na dveh neodvisnih, uveljavljenih in splošno sprejetih vidikih teoretične fizike: kvantni naravi vsega in lastnosti kozmične inflacije. Ni znanega načina, kako bi ga izmerili, tako kot ni načina za merjenje neopaznega dela našega Vesolja. Toda dve teoriji, na katerih temelji, inflacija in kvantna fizika, sta se izkazali kot veljavni. Če imajo prav, potem je multiverse neizogibna posledica tega in mi živimo v tem.

Ideja o multiverzumu navaja, da obstaja poljubno veliko Vesoljev, kot je naša, vendar to ne pomeni nujno, da je zunaj nas še ena različica, in zagotovo ne pomeni, da obstaja možnost, da naletite na nadomestno različico sebe … Ali karkoli iz drugega Vesolja sploh.LEE DAVY / FLICKR

Pa kaj? To ni cel kup, kajne? Obstaja veliko teoretičnih posledic, ki so neizogibne, a o katerih zagotovo ne moremo vedeti, saj jih ne moremo preizkusiti. Multiverse je eden v dolgi vrsti teh. Ne gre za posebno uporabno realizacijo, ampak samo zanimiva napoved, ki izpade iz teh teorij.

Zakaj torej toliko teoretičnih fizikov piše prispevke o multiverzumu? O vzporednih Vesoljih in njihovi povezavi s svojimi skozi ta multiverse? Zakaj trdijo, da je multiverse povezan s struno pokrajine, kozmološko konstanto in celo s tem, da je naše Vesolje dovršeno za življenje?

Ker je očitno slaba ideja, nimajo boljših.

Nizka pokrajina je morda zanimiva ideja, ki je polna teoretičnega potenciala, vendar ne napoveduje ničesar, kar bi lahko opazili v našem vesolju. Ta ideja o lepoti, motivirana z reševanjem

V okviru teorije strun obstaja ogromen niz parametrov, ki bi načeloma lahko prevzel skoraj vsako vrednost. Teorija zanje ne predvideva, zato jih moramo vzeti v roke: vrednosti pričakovanja niza vakuumsko. Če ste slišali za neverjetno veliko število, kot je famozni 10500, ki se pojavlja v teoriji strun, so možne vrednosti vakuumske vrvice tisto, na kar se nanašajo. Ne vemo, kaj so ali zakaj imajo vrednote, ki jih počnejo. Nihče ne ve, kako jih izračunati.

Predstavitev različnih vzporednih

Zato namesto tega nekateri pravijo, da je "multiverse!" Linija razmišljanja poteka takole:

  • Ne vemo, zakaj imajo osnovne konstante vrednosti, ki jih imajo.
  • Ne vemo, zakaj so fizikalni zakoni takšni, kot so.
  • Teorija strun je okvir, ki nam lahko daje naše zakone fizike z našimi temeljnimi konstantami, lahko pa nam da tudi druge zakone in / ali druge konstante.
  • Če imamo torej ogromen multiverzal, kjer ima veliko različnih regij različne zakone in / ali konstante, bi bila lahko ena od njih naša.

Velika težava je, da ne samo, da je to zelo špekulativno, ampak ni razloga, glede na inflacijo in kvantno fiziko, ki jo poznamo, predpostaviti, da ima napihljiv vesoljski čas različne zakone ali konstante v različnih regijah.

Niste navdušeni nad to razlago? Niti praktično nihče drug.

Kako verjetno ali malo verjetno je bilo, da je naše Vesolje ustvarilo svet, kot je Zemlja? In kako verjetne bi bile te kvote, če bi bile osnovne konstante ali zakoni, ki urejajo naše vesolje, drugačni? Srečna vesolja, s katere naslovnice je bila posneta ta slika, je ena takih knjig, ki raziskuje ta vprašanja.GERAINT LEWIS IN LUKE BARNES

Kot sem že pojasnil, multiverse ni sam po sebi znanstvena teorija. Bolj kot teoretična posledica zakonov fizike, kot jih najbolje razumejo danes. To je morda celo neizogibna posledica teh zakonov: če imaš inflacijsko vesolje, ki ga upravlja kvantna fizika, je to nekaj, s čimer se že skoraj vežeš. Toda - podobno kot teorija strun - ima nekaj velikih težav: ne napoveduje ničesar, kar smo opazili, in brez tega ne moremo razložiti, in ne napoveduje ničesar dokončnega, kar bi lahko iskali in iskali.

Vizualizacija izračuna kvantne teorije polja, ki prikazuje navidezne delce v kvantnem vakuumu. Tudi v praznem prostoru je ta energija vakuuma enaka nič. Ne moremo vedeti, ali ima enako, konstantno vrednost v drugih regijah multiverzuma, vendar ni motivacije, da bi bilo tako. DEREK LEINWEBER

V tem fizičnem vesolju je pomembno opazovati vse, kar lahko, in izmeriti vsak delček znanja, ki ga lahko pridobimo. Šele iz celotnega nabora razpoložljivih podatkov lahko upamo, da bomo kdaj koli naredili veljavne znanstvene zaključke o naravi našega Vesolja. Nekateri od teh zaključkov bodo imeli posledice, ki jih morda ne bomo mogli izmeriti: iz tega izhaja obstoj multiverzuma. Ko pa ljudje trdijo, da lahko sklepajo o temeljnih konstantah, fizikalnih zakonih ali vrednostih strune vakuuma, ne delajo več znanosti; špekulirajo. Zaželeno razmišljanje ni nadomestilo za podatke, poskuse ali opazovanje. Dokler tega ne bomo imeli, se zavedajte, da je multiverzum posledica najboljše znanosti, ki jo imamo na voljo danes, vendar ne daje nobenih znanstvenih napovedi, ki bi jih lahko preizkusili.

Upam, da bi to lahko prineslo nekaj pomembnosti temi Astrofizika.

Jyotiraditya